Subscription request:

podpiska@panor.ru

For all questions:

+7 495 274-22-22

UDK: 621.7 DOI:10.33920/pro-2-2102-01

Modeling of the impact of hold-down forces on the accuracy of the workpiece shape using the finite element method

Zaitsev A. V., Ph.D. of Engineering Sciences, Associate Professor, MSTU named after N. E. Bauman
Izosimov A. N., MSTU named after N. E. Bauman, Moscow

In the article, the modeling of the impact of hold-down forces on the accuracy of the shape of the workpiece using the finite element method was carried out. The operation of mechanical processing (turning cut) of a workpiece of the body of rotation type on a milling machine with basing and fixing along the inner cylindrical surface of the workpiece is considered. The study was conducted for four different types of machine retaining devices used on machines of this group. A consistent description and illustration of the method of modeling the process of the impact of hold-down forces on the workpiece is made for each type of the device under consideration. The force constraints and effects imposed on the model are described and illustrated, the parameters of the finite element grid used in modeling are presented, the displacement profiles obtained in the modeling process and the stages of modeling the machining process are described, and the values of the largest deviations from the shape of the workpiece are determined. The results of the modeling are presented: a qualitative picture of the shape errors obtained as a result of mechanical processing — the values of the largest deviation from the roundness and the largest deviation from the cross-section profile of the workpiece to be processed, as well as the shape of the cutting obtained in the cross-section of the workpiece for each type of the devices under consideration. On the basis of the obtained results, estimates of the degree of accuracy of the shape and the relative geometric accuracy provided by the considered devices were made in accordance with GOST 24643–81. The conclusion is made about the suitability of using the considered variants of machine retaining devices for the proposed technological process according to the criterion of the provided accuracy of the shape of the processed surface.

Сложность построения технологических процессов в машиностроении обуславливает большое разнообразие конструкций приспособлений и высокий уровень предъявляемых к ним требований [1, 2]. Недостаточно продуманные технологические и конструкционные решения при выборе и использовании станочных приспособлений приводят к значительному уменьшению эффективности производства за счет уменьшения производительности и точности обработки и увеличения затрат на реализацию технологического процесса. Поэтому грамотный выбор станочных приспособлений при разработке технологических процессов повышает эффективность и технологическую культуру производства [1–5]. При выборе станочных приспособлений необходимо учитывать множество факторов, одним из важных является обеспечиваемая приспособлением точность обработки.

В данной работе рассмотрена технологическая операция обтачивания втулки из стали 45, выполняемая на фрезерном станке с ЧПУ (рис. 1). Обрабатываемая заготовка имеет следующие размеры: длина 50 мм, наружный диаметр Ø50мм, внутреннее цилиндрическое отверстие Ø40мм. Требуется произвести базирование и закрепление по внутренней цилиндрической поверхности с упором в торец, после чего проточить наружную цилиндрическую поверхность в размер Ø46h9.

Рассматриваемая схема установки может быть реализована с помощью универсальных приспособлений, изготавливаемых серийно специализированными предприятиями. В качестве таких приспособлений могут выступать: трехкулачковый патрон, цанговый патрон, а также различные разжимные оправки с нестандартной конструкцией. Данные приспособления имеют конструкцию, что обуславливает различные точность центрирования, диапазоны закрепления, максимальные усилия зажима, погрешность, вызываемую силами закрепления, а также стоимость данных приспособлений.

В каталогах производителей станочной оснастки можно найти такие технические характеристики приспособлений, как точность центрирования, максимальный и минимальный диаметр закрепления, а также возможность использования на черновых операциях, где действуют высокие силы резания. Однако в каталогах отсутствуют данные по обеспечиваемой данной оснасткой точности формы и, в частности, погрешности, вызываемой силами закрепления. При этом, часто, именно обеспечение погрешности формы является основной технологической задачей, решаемой при разработке технологических процессов. Поэтому в данной работе произведено моделирование влияния сил закрепления различных видов станочных приспособлений на точность обработки.

For citation:
Zaitsev, Izosimov, Modeling of the impact of hold-down forces on the accuracy of the workpiece shape using the finite element method. Chief Mechanical Engineer. 2021;2.
The full version of the article is available for subscribers of the journal
Article language:
Actions with selected: